(57)【要約】【課題】製造工程を著しく短縮する事のできるクロマトグラフィー用カラム及びその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１種の重合性単量体、重合開始剤及び超臨界流体をカラム中に充填し、加熱して前記単量体を沈殿重合することにより、カラム内部にポリマーを充填したクロマトグラフィー用カラム。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の重合性単量体、重合開始剤及び超臨界流体をカラム中に充填し、加熱して前記単量体を沈殿重合することにより、カラム内部にポリマーを充填してなることを特徴とするクロマトグラフィー用カラム。
【請求項２】
カラムとしての理論段数が、４．６×１５ｍｍのカラムで５００段以上である、請求項１に記載されたクロマトグラフィー用カラム。
【請求項３】
カラム中に、重合開始剤、超臨界流体及び少なくとも１種の重合性単量体を充填し、次いで前記カラムを加熱して前記単量体を沈殿重合させることを特徴とする、クロマトグラフィー用カラムの製造方法。
【請求項４】
前記加熱前にカラムに振動を与え、カラム内部の反応物を均一化する、請求項３に記載されたクロマトグラフィー用カラムの製造方法。
【請求項５】
前記超臨界流体が二酸化炭素の超臨界流体である、請求項３又は４に記載されたクロマトグラフィー用カラムの製造方法。
【請求項６】
前記重合時の加熱温度を変化させて重合させる、請求項３〜５の何れかに記載されたクロマトグラフィー用カラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクロマトグラフィー用カラムに関し、特に環境に悪影響を与える溶媒を使用する事無く、容易且つ安価に製造することのできるクロマトグラフィー用カラム及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロマトグラフィー用カラムには、大きく分けて、固定相にポリマーを用いるポリマーカラムと、シリカゲルを用いるシリカカラムの２種類がある。ポリマーカラムの優位点としては、（１）寿命が長い、（２）再現性がよい、（３）アルカリ溶媒でも使用することができるという点が挙げられる。一方、ポリマーカラムはシリカカラムに比べて高価格であることが欠点である。
【０００３】
従来、多孔質の有機溶媒系ＧＰＣ充填剤ポリマーの合成法として、懸濁重合法が知られている。これをカラムの充填剤として使用するためには、合成されたポリマーを洗浄・精製し、分級、充填するなど、多くの工程が必要となるので煩雑であるという欠点があった。このような欠点を改善する方法として、近年、ＰＥＧとドデカノールを希釈剤とし、重合開始剤を用い、カラム内でスチレンとジビニルベンゼンを重合させて多孔体を合成する方法が提案された（非特許文献１及び２）。
【非特許文献１】Frantisek  Svec,  M.J.Frechet:  Macromolecules,34,4361-4369(2001)
【非特許文献２】Svec.F.Frecher,J.M., Science,273,205(1996)
【０００４】
これらの方法は、カラム内に直接モノマーと希釈剤及び重合開始剤を入れ、恒温槽の中で重合させた後、送液ポンプを用いて溶媒を流し、未反応のモノマーや希釈剤を取り除くという方法である。しかしながら、この方法により得られたカラムは理論段数が低く、カラム効率が十分であるといえるものではない。この原因としては、重合反応時におけるカラム内の温度分布により反応が均一に進まず、内部構造が不均一になることや、重合による体積収縮のためにカラムの器壁と界面の剥離が起こる等の理由が考えられる。従って、この方法では理論段数の十分なものは未だ得ることができず、多孔体粒子を充填するという従来方法によって得られるカラムの性能には及ばないという欠点があった。また、これらの方法の場合には、重合時に希釈剤として使用する有機溶媒が環境に悪影響を与えるという欠点もあった。
そこで、本発明者等は上記従来方法の欠点を解決すべく鋭意検討した結果、希釈剤として超臨界二酸化炭素を用いることにより、カラム内で直接充填されるべき高分子を合成する事ができるだけでなく、カラムの理論段数も従来のカラムに劣る事のないカラムを容易に製造することができることを見出し、本発明に到達した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の第１の目的は、製造工程を著しく短縮する事のできるクロマトグラフィー用カラムを提供する事にある。
本発明の第２の目的は、簡便であるのみならず環境に悪影響を与える溶媒を使用する必要のない、クロマトグラフィー用カラムの製造方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記の諸目的は、少なくとも１種の重合性単量体、重合開始剤及び超臨界流体をカラム中に充填し、加熱して前記単量体を沈殿重合することにより、カラム内部にポリマーを充填してなることを特徴とするクロマトグラフィー用カラムおよびその製造方法によって達成された。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のクロマトグラフィー用カラムは、その製造工程において、環境に悪影響をあたえる有機溶媒を使用しないだけでなく、カラム中でポリマーを直接重合しこれを充填するので製造工程が著しく短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
本発明で使用する超臨界流体とは、臨界温度および臨界圧力を超えた温度および圧力における流体のことをいい、無害な気体を超臨界状態にして、これを溶媒として使用することが可能である。現在は特に二酸化炭素に関心が集まっており、超臨界二酸化炭素を化学反応の溶媒にする試みもかなり多く行われている（非特許文献３）。
【非特許文献３】Kendall, J. L.; Canelas, D. A.; Young.J.L.; DeSimone, J. M. Chem. Rev. 99, 543-563.
【０００９】
本明細書における多孔性ポリマーとは、ポリマー表面に小さな孔をもつポリマーのことをいい、これをクロマトグラフィー用カラムに使用した場合には、無孔性ポリマーより表面積が大きいので分離能が高く、試料の孔内部への浸透性の差を利用して、分子量の大きさにより分離することも可能となるので、多孔性ポリマーの方が有用であるといえる。
【００１０】
本発明においては、多孔性ポリマーを得るために、モノマーは溶媒に溶けるがポリマーはその溶媒に溶けず、重合が進むとポリマーが析出して沈殿するという沈殿重合法を採用する。この場合に使用する希釈剤は主として超臨界流体であるが、生成ポリマーを多孔性ポリマーとするために、例えばポリエチレングリコールのような物質を混合して使用することもできる。このようにして得られるポリマーの具体例としては、例えば、ポリスチレン系ポリマーやポリメチルメタクリレート系ポリマーを挙げることができる。この場合、ＣＯ２と親和性の高い、例えばフッ素系モノマーを重合時に加えておく事によって、粒子の大きさを制御する事もできる。
【００１１】
本発明において、カラム内で重合反応を行わせるに際しては、先ず所定量の重合性モノマーと重合開始剤を、重合開始温度以下の温度で充填し、カラムの一方を閉じてから超臨界流体を圧入し、次いでカラム全体を振動させて重合性モノマーを超臨海流体中に分散させる。超臨界流体以外にも希釈剤を使用する場合には、その希釈剤、重合性モノマー及び重合開始剤を当初から混合して用いれば良い。このような希釈剤は公知のものの中から適宜選択して用いることができるが、例えばポリエチレングリコールのような、できるだけ環境の観点から害のないものを選択することが好ましい。
【００１２】
超臨界流体の充填が完了し分散が完了したところでカラムの開放端を閉じ、加温して重合を開始させる。同じ温度で最後まで重合させても良いが、ある程度重合が進行したところで重合温度をさらに高く設定して、更に重合を行わせることが好ましい。また、前記したように後から超臨界流体をカラム中に充填するのではなく、予め超臨界流体、希釈剤、重合性モノマー及び重合開始剤を当初から混合し、これを一端を閉じたカラム内に圧入した後加温して重合させても良い。
【００１３】
一般に、モノマーが重合すると重合収縮によってカラム内に隙間が生じるので、希釈剤を用いた従来法の場合には、クロマトグラフィー用カラムとしての性能が十分にでなかったものと考えられる。これに対し、本願発明の場合には超臨界流体を圧入した加圧状態で重合させるために、重合収縮しても内部圧力が低下するだけで重合したポリマー同士やポリマーとカラムの器壁との間に隙間が生じない。これによって、本発明のカラム性能を十分実用に耐えるものとすることができる。
【００１４】
以下、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
スチレン／ジビニルベンゼン（Ｓｔ／ＤＶＢ＝１：１）に開始剤として２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を、モノマー混合液に対して２重量％となるように添加して試料を調製した。これらを二酸化炭素の流体と共に攪拌し、モノマー濃度６０容量％、圧力２０ＭＰａの条件でカラム（４．６ｍｍφ×１５ｃｍ）内に圧入し、７０℃に加熱してＣＯ２を超臨界流体とし（ＣＯ２臨界点は３１℃、７ＭＰａ）、２．５時間、直接カラム内で重合反応を行わせた。ポンプを用いてＴＨＦを送液し、得られたポリマーを洗浄して未反応のモノマーと希釈剤を洗い流した後、トルエンとポリスチレンを標準試料として用い、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）測定を行った結果、理論段数は７８０であった。また、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、ポリマーは多孔性高分子であることが判明した。
【実施例２】
【００１６】
スチレン／ジビニルベンゼン（Ｓｔ／ＤＶＢ＝１：１）の代りに、メチルメタクリレート／エチレンジメタクリレート（ＭＭＡ／ＥＤＭＡ＝７：３）を使用し、モノマー濃度４０容量％、圧力２０ＭＰａで３時間重合させた他は実施例１と同様にした結果、理論段数１０００のカラムが得られた。しかしながらこの場合のポリマーは無孔性であり、分子量による分離ができなかった。
【実施例３】
【００１７】
モノマー濃度５０容量％、圧力２０ＭＰａで、初めの０．５時間を７０℃で重合し、次いで１００℃に昇温して２時間重合したところ、理論段数が９２０のカラムが得られ、およそ１万〜１００万の範囲で分子量による分離をすることができた。これは重合中に温度を上昇させることによりカラム内の圧力が増加し、超臨界二酸化炭素の溶媒和力が変化したために生成ポリマーの粒子径が変化し、細孔を持った粒子ができたものと考えられる。
【実施例４】
【００１８】
ＭＭＡ／ＥＤＭＡ（メチルメタクリレート／エチレンジメタクリレート）系に、二酸化炭素と親和性の高いフッ素系モノマー２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフロロブチルメタクリレート（以下７ＦＢＭＡとする）を添加して、モノマー濃度３０容量％、圧力２５ＭＰａ、７０℃で２時間重合を行ったところ、理論段数が１６２１のカラムが得られた。得られたポリマーを観察したところ、３μｍの粒子であった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のクロマトグラフィー用カラムはカラム内でポリマーが直接重合され充填されるので極めて製造が容易である。また、その製造工程において、環境に悪影響をあたえる有機溶媒を使用しないので製造適性に著しく優れており、産業上極めて有意義である。